宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了一种宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，首先将接收到的宽带回波数据在快时间频域分成若干子带；接着针对待检测目标的角度、速度和距离，推导子带空时导向矢量，对于同一个目标不同子带的空时导向矢量随子带的中心频率变化；然后对各个子带分别进行空时自适应处理，各个子带使用自己的训练样本形成独立的协方差矩阵和自适应权矢量，且所有子带的STAP处理应同时进行；最后提出了利用离散傅里叶变换进行宽带信号恢复的方法，将各子带的输出恢复至高分辨率的宽带输出；该方法能够降低相干积累后的宽带目标能量损失，提高杂波抑制和目标检测性能。测性能。测性能。

【技术实现步骤摘要】
宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法


[0001]本专利技术属于雷达
，特别涉及一种宽带机载相控阵雷达的空时自适应处理方法，即一种宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，主要适用于宽带条件下机载相控阵雷达的杂波抑制和目标检测。

技术介绍

[0002]机载预警雷达在接收目标回波信号的同时，不可避免地会受到复杂强地杂波的影响。由于复杂强地杂波严重影响了机载预警雷达对运动目标的检测，因此需要对机载雷达回波信号中的杂波分量进行抑制，并对目标进行相参积累。对于传统的窄带机载相控阵雷达，通常使用空时自适应处理(STAP)方法进行杂波抑制。STAP的基本思想是由Brennan等学者首次提出的，该方法通过空时二维联合处理能够有效抑制地杂波。但全维STAP方法所需的独立同分布距离门样本数很大，存在硬件需求量大和运算量大的问题，在实际工程中难以实现。因此，国内外研究人员对降维STAP方法进行研究，德国的Klemm首先开展了降维STAP方法的研究，并提出了辅助通道法(ACR)。Dipietro提出一种基于阵元多普勒后的降维STAP算法—因子化(FA)方法，该算法是先对回波数据进行多普勒滤波，将杂波局域到有限的多普勒通道，然后对待检测多普勒通道的输出做自适应处理；扩展因子化(EFA)方法是在对数据进行多普勒滤波后，使用待检测多普勒通道和其左右相邻的2个多普勒通道的信号输出进行空时联合自适应处理，杂波抑制效果更好。其他的降维方法也有很多，例如：H.Wang等学者提出了联合局域化算法(JDL)，还有一些文献提出的和差STAP算法等。
[0003]传统机载相控阵雷达使用的STAP技术假设发射和接收的信号为窄带信号，信号的分辨率低，点目标回波信号的复包络在阵元间和脉冲间的相对延迟可以忽略不计；当信号带宽增大时，宽带信号的分辨率提高，阵列的孔径渡越时间不再远小于信号的时间分辨率，点目标在脉冲间的走动距离不再远小于距离分辨率，目标信号在阵元间或脉冲间甚至可能跨越多个距离单元，使用传统的STAP方法进行空时处理时，相干积累后的目标能量降低，杂波抑制和目标检测性能下降。为了解决这一问题，一些学者提出了对宽带雷达信号进行子带分割处理的思想，其本质是将宽带回波信号在快时间频域上分成若干子带，对于每个子带而言天线阵面可以近似为窄带阵列，然后就可以在每个子带内进行杂波抑制，最后将各子带输出合成检验统计量。显然，将宽带信号变成窄带信号后，阵元间和脉冲间的包络延迟可以忽略，有望解决杂波抑制和目标积累的相关问题。但现有的文章中只介绍了子带法的基本思想，没有给出详细的处理流程，没有推导处理过程中的信号形式和其他必要的公式，也没有给出完整的处理算法。因此，还需要对子带分解后如何进行空时处理、如何将子带输出合成具有原来高分辨率的宽带输出，以及完整的子带法处理流程和算法展开必要的研究。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种宽带机载相控阵雷达
的子带空时自适应处理方法，该方法在子带法思想的基础上，研究子带空时处理方法的详细处理流程和完整算法，通过推导得到了各子带的空时导向矢量、子带空时处理后的信号形式，提出了利用离散傅里叶变换进行宽带目标信号恢复的方法，最终得出了完整的子带空时处理算法；该方法能够降低相干积累后的宽带目标能量损失，提高杂波抑制和目标检测性能。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。
[0006]宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，设机载雷达的天线为含有N个阵元的均匀线阵，阵元间距为d，一个相干处理间隔内发射M个脉冲，其脉冲重复间隔为T
r
，脉冲重复频率为f
r
＝1/T
r
，信号带宽为B，则N个阵元M个脉冲的回波信号经L次快时间采样后得到时域宽带回波数据X
t
；
[0008]步骤2，将所述时域宽带回波数据X
t
做快速傅里叶变换处理，得到距离频域宽带回波数据X
f
；
[0009]将所述距离频域宽带回波数据X
f
在快时间频域划分成K子带，得到K个子带频域信号
[0010]对每个所述子带频域信号进行匹配滤波，得到子带匹配滤波输出信号
[0011]对所述子带匹配滤波输出信号进行逆快速傅里叶变换处理，得到子带时域信号所述时域宽带回波数据X
t
由NM
×
L维数据矩阵变成K个NM
×
Q维的子带数据矩阵其中Q＝L/K；
[0012]步骤3，针对待检测的目标相对于天线轴向的入射锥角ψ、目标与载机的相对径向速度v
t
，根据所述子带时域信号先计算每个子带目标空时导向矢量，然后在每个子带内各自进行杂波抑制和目标相参积累，得到每个子带空时自适应处理后的输出信号z
k
，z
k
为Q
×
1维的数据矢量；
[0013]步骤4，将所有子带杂波抑制和目标相参积累后的信号输出进行信号的宽带恢复处理，使得所有子带的Q
×
K维输出数据矢量Z＝[z
1 z2ꢀ…ꢀ
z
K
]被恢复至高分辨率的L
×
1维宽带信号
[0014]本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：
[0015](1)步骤1中，所述宽带回波数据X
t
为：
[0016]X
t
＝S
t
+C
t
+N
t
[0017]其中，上标t表示该式为信号的时域形式，S
t
表示目标的回波信号、C
t
表示杂波的回波信号，N
t
表示噪声信号。
[0018](2)步骤2具体包含以下子步骤：
[0019]子步骤2.1，以点目标的回波信号为例，设目标相对于天线轴向的入射锥角为ψ，目标与载机的相对径向速度为v
t
，则所有阵元接收到所有脉冲的回波信号离散形式为：
[0020][0021]其中，上标
‘
T
’
表示转置；为第n个阵元第m个脉冲回波信号经L次距离采样得到
的时域宽带回波数据：
[0022][0023]式中表示第n个阵元第m个脉冲的第l个距离采样点的回波信号；
[0024][0025]其中，u(l/LT
r
)为发射复包络的离散形式,a
r
表示回波信号幅度，τ
c,n,m
＝τ
c
‑
τ
n
‑
τ
m
为目标的相对延时，τ
c
是在第1个脉冲由等效相位中心发射经点目标散射返回到第1个阵元的双程时延；τ
m
＝2(m
‑
1)T
r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设机载雷达的天线为含有N个阵元的均匀线阵，阵元间距为d，一个相干处理间隔内发射M个脉冲，其脉冲重复间隔为T
r
，脉冲重复频率为f
r
＝1/T
r
，信号带宽为B，则N个阵元M个脉冲的回波信号经L次快时间采样后得到时域宽带回波数据X
t
；步骤2，将所述时域宽带回波数据X
t
做快速傅里叶变换处理，得到距离频域宽带回波数据X
f
；将所述距离频域宽带回波数据X
f
在快时间频域划分成K子带，得到K个子带频域信号对每个所述子带频域信号进行匹配滤波，得到子带匹配滤波输出信号对所述子带匹配滤波输出信号进行逆快速傅里叶变换处理，得到子带时域信号所述时域宽带回波数据X
t
由NM
×
L维数据矩阵变成K个NM
×
Q维的子带数据矩阵其中Q＝L/K；步骤3，针对待检测的目标相对于天线轴向的入射锥角ψ、目标与载机的相对径向速度v
t
，根据所述子带时域信号先计算每个子带目标空时导向矢量，然后在每个子带内各自进行杂波抑制和目标相参积累，得到每个子带空时自适应处理后的输出信号z
k
，z
k
为Q
×
1维的数据矢量；步骤4，将所有子带杂波抑制和目标相参积累后的信号输出进行信号的宽带恢复处理，使得所有子带的Q
×
K维输出数据矢量Z＝[z
1 z2ꢀ…ꢀ
z
K
]被恢复至高分辨率的L
×
1维宽带信号2.根据权利要求1所述的宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，其特征在于，步骤1中，所述宽带回波数据X
t
为：X
t
＝S
t
+C
t
+N
t
其中，上标t表示该式为信号的时域形式，S
t
表示目标的回波信号、C
t
表示杂波的回波信号，N
t
表示噪声信号。3.根据权利要求1所述的宽带机载相控阵雷达的子带空时自适应处理方法，其特征在于，步骤2具体包含以下子步骤：子步骤2.1，以点目标的回波信号为例，设目标相对于天线轴向的入射锥角为ψ，目标与载机的相对径向速度为v
t
，则所有阵元接收到所有脉冲的回波信号离散形式为：其中，上标
‘
T
’
表示转置；为第n个阵元第m个脉冲回波信号经L次距离采样得到的时域宽带回波数据：式中表示第n个阵元第m个脉冲的第l个距离采样点的回波信号；
其中，u(l/LT
r
)为发射复包络的离散形式,a
r
表示回波信号幅度，τ
c,n,m
＝τ
c
‑
τ
n
‑
τ
m
为目标的相对延时，τ
c
是在第1个脉冲由等效相位中心发射经点目标散射返回到第1个阵元的双程时延；τ
m
＝2(m
‑
1)T
r
v
t
/c为第m个脉冲相对第1个脉冲的时延；τ
n
＝(n
‑
1)d cosψ/c为第n个阵元相对第1个阵元的时延；j表示复数；c表示光速；f
c
为载频；子步骤2.2，对第n个阵元第m个脉冲回波信号经L次距离采样得到的时域宽带回波数据做快速傅里叶变换处理，得到距离频域目标信号为：其中，上标用字母f表示为信号的频域形式，为L
×
1维频域数据矢量，表示为：其中，l
f
＝0,1,
…
L
f
‑
1表示距离频域滤波器序号，L
f
＝L表示距离频域滤波器个数(为了区分时域采样点数和频域滤波器数，在频域使用L
f
)，f
s
为采样频率；子步骤2.3，将所述距离频域目标信号在距离频域以Q＝L
f
/K个距离频点为间隔划分子带，共分为K个子带，第k个子带内第n个阵元第m个脉冲目标回波信号的频域形式为：其中，f
k,q
为划分前快速傅里叶变换的第l
f
＝(k
‑
1)Q+q号滤波器的中心频率，q＝0,1,
…
Q
‑
1；其中，k＝1,2,
…
K，第k个子带的中心频率为：则第k个子带在频率f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，冯建婷，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：